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Etude de la combustion lente de particules de magnésium en vue de la production d'énergie à faible impact environnemental
Résumé
Dans la dynamique actuelle de la transition écologique, la combustion lente de particules de magnésium est envisagée pour une production d’énergie à faible impact environnemental. La combustion lente consiste à oxyder un lit de particules de magnésium traversé par un gaz comburant, de sorte que le produit de la réaction, l’oxyde de magnésium, reste piégé dans la chambre de combustion.
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Ce type de combustion lente étant peu analysé dans la littérature, les aspects cinétiques et mécanistiques de la réaction ont été étudiés au cours de cette thèse. Il s’avère que l’oxydation a lieu suivant un mécanisme de nucléation au cours duquel des germes de MgO croissent à la surface des particules de magnésium, avant de se propager vers le cœur des particules. La taille des particules, à laquelle est associée leur surface spécifique, joue un rôle essentiel dans la cinétique de cette réaction notamment au niveau des échanges thermiques. L’état de fluidisation du lit de combustible est également déterminant, car des limitations diffusionnelles de l’oxygène entre les particules influencent également la cinétique de réaction. Des modèles cinétiques sont proposés..In the current context of ecological transition, slow combustion of magnesium particles is considered, for energy production with low environmental impact. Slow combustion consists in oxidising a bed of magnesium particles, crossed by an oxidative gas. The only product of such reaction is the magnesium oxide, and as a solid, it remains trapped in the combustion chamber. This kind of combustion being not so frequently analysed in the literature, this doctoral work aimed at better understanding kinetic and mechanistic aspects of magnesium slow combustion. We found that the oxidation occurs according to a nucleation mechanism, where MgO nuclei are formed on the surface of Mg particles. Then, these MgO nuclei grow to cover the entire surface and propagate through the core of the particles. The particle size is proved to play a critical role in the reaction kinetics, especially in terms of heat transfers. The fluidisation state of the fuel bed is also determining, because oxygen diffusional limitations between the particles affect the reaction kinetics. Finally, kinetic models have been developed to simulate the slow combustion of Mg particles.